船舶设计原理第十章

10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
四、最佳纵倾节能技术 船舶利用压载水舱调整纵倾、使船舶处于最佳纵倾状态航行， 是一项简易可行，安全可靠而又不影响船舶的基本结构及无需增 加任何设备的有效节能措施。 (一)最佳纵倾航行节能特点 (1)节熊效果好 (2)经济效益好 (3)调整简便 (4)不影响船的营运能力 (二)最佳纵倾航行节能原理分析 船舶的快速性能，通常是在设计装载状态时最佳。 船舶在最佳纵倾状态航行时，船体阻力降低．推进效率提 高．航速相应提高。引起螺旋桨的进速增加。扭矩系数减小，从 而使螺旋桨持性曲线变得平坦。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
三、不对称尾船型 中国船舶及海洋工程设计研究院等单位也进行了不对称尾型的 试验研究，得出了与“Thea—s”号船模相近的结论。 (一)船型特征 将常规单尾左右舷对称型线向一侧加以扭曲，即生成不对称尾船 型。 (二)节能机理 采用不对称尾型，将螺旋桨上方船尾中线向左扭曲以减小水线 左侧的去流角，桨左上前方 船体表面沿水线面向尾方向的纵向梯度也减小．因而，该区域 内的分离流动减弱、分离区缩小，减少了能耗、从而降低了船舶阻 力。 不对称尾型以其扭曲形状成功地改善了桨前、后的流场，降低了 船舶阻力，回收了部分船后尾流旋转能量损失；同时，由于其桨前 预旋流的产生获得反桨效率使螺旋桨推进效率提高，取得了较好的 节能效果。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
10—1 节能船型在船舶设计中的应用 所谓节能船型，就是在相同的功能下所需功率比常规船型更 小的船型。节能船型就是阻力小、推进效率高的船型。 一、平头涡尾船型 平头涡尾新船型在目前国内研究的内河新船型中，节能效果 是非常显著的。它除了具有良好的快速性能外，还具有良好的稳 性、操纵性、甲板面积大、船体振动小、在一般的江河湖泊航运 时能触坡上下客货等优良性能。 (一)船型特征 ( ) 平头涡尾船型的主要特征是平头纵流压浪首与涡尾的有机结 合。所谓平头纵流压浪首，是指继承了我国民间平头船的外形， 采用相当宽而平坦的首底型线以形成纵流．同时采用与设计水线 成小角度(d)的平直的纵剖线．并在首垂线前方伸出相当长度(l)以 起到压浪作用。
双尾船由于两个尾细长体使中央隧道平顺，船体的去流段可以 缩短，允许最大横剖面自船中后移10％一15％船长，这样对前体而 言就相当于较长船的前体，因而其兴波阻力系数也有所减小。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
双尾船型为降低螺旋桨转速创造了条件，在双桨效率 较高的基础上通过降低转速可进一步提高螺旋桨效率。 (三)双尾舰型的线型设计 根据试验结果可知，双尾线型应以中央隧道的纵中 剖面形状和尾轴间距作为主要参数。 纵中剖面线确定以 后，再选定尾铀之间的距离b最大横剖面后移程度，并配 合后体的方形系数来确定尾部的体积，最后完成尾部线 型的设计。 (四)实船应用 双层船型因其在较高Fr时具有明显的节能效果，故 大量应用于客船设计，成为长江第三代客船的换代船型。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
四、隧道尾船型 (一)船型特征 隧道尾型线的形式有以下几种：从纵剖面图看，隧道有开式和闭式，从 横剖型线图看，有深隧道和浅隧道； (二)节能机理 采用隧道尾型线的主要理由是适应浅水航道要装置较大直径的螺旋桨以 提高敞水效率，改善船舶的推进性能的需要。 (三)船型设计要点 隧道尾设计基本要求保证螺旋桨有充足的供水，使尾部水流能顺畅地流 向螺旋桨并充满整个隧道，这是隧道尾设计的基本要求。 2．隧道尾型线主参数的选择 （1）隧道长度l1 隧道顶线与船体基线的切点至船尾隧道出口处的水平距离， 称为隧道长度。 （2）上升角 隧道顶线越平坦越好，顶线曲率也不允许突变。 （3）有人建议隧道顶线出水角应小于12。 （4）闭式隧道尾封板在水下浸沉深度t约为(1／10一1／20)D，至少为 50mm。 （5）双桨浅水船的轴线距离，一股约为B／3，如机舱布置许可可加大至 0.4B,对于内河推船，可达0.5B。 (四)实船应用 隧道尾型线主要应用于内河浅水航道中航行的船舶．
10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
(二)进流补偿导管的要素选择 1．导管内径 d＝(0.35一0.40)D 式中，D—螺旋桨直径；d一补偿导管的最大内径。 2．导管水平宽度 b＝D 式中、b—补偿导管水平最大宽度。 3．导管的长度及剖面厚度 补偿导管长度约为导管直径的50％，剖面的最大厚度约为长 度的15％19A型常规导管剖面形状，即 l＝0.5d 5＝0.15l 式中，l一补偿导管长度；5—补偿导管剖面最大厚度。 4.补偿导管中心线方向 补偿导管左有两个半环安装时，均有各自最佳的中心线方向， 应根据具体的船舶尾部流场情况通过模型试验确定。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
(三)船型设计要点 1．平头涡尾船型船首设计 (1)纵流角 在0.27＜Fr＜0.36范围内，存在一 个最佳的纵流角大小约在6。左右。 (2)首压浪长度 一般情况．选取5％L工作为压浪长度， 可以保证有较好的阻力性能；若考虑到超载航 行，则可略长些。 2．平头涡尾船型船尾设计 涡体：和螺旋桨相接的突出的船体。 涡顶线：涡槽内最高点的连线。 外切线：涡体上圆台部分和舷侧面相切的切线。 内切线：涡体上圆台部分和船底相切的切线 圆心线：涡体上圆台部分的轴线。
第十章 新船型与新技术在船舶设计中的应用
§10-1 节能船型船舶设计中的应用 §10-2 节能技术船舶设计中的应用
第十章 新船型与新技术在船舶 设计中的应用
船舶节能研究主要在两个方面：一是节能船型 与节能技术研究，旨在降低船型阻力、提高推进效 率和回收桨后尾流的能量；二是从主机与动力装置 入手，提高热效率、降低单位功率的油耗量以及余 热利用等。其中，后者主要是轮机人员的任务．而 前者则是船舶工程技术人员的使命。 本章简要介绍节能船型与节能技术研究的若干 成果，重在明晰节能机理，以开拓读者在船舶设计 中应用新船型与新技术的视野。
一船型特征螺旋桨的工作环境类似针对螺旋桨的工作状态如外旋内旋尾鳍的形状可作相应的变化以充分提高推进效二节能机理双尾船由于两个尾细长体使中央隧道平顺船体的去流段可以缩短允许最大横剖面自船中后移10一15船长这样对前体而言就相当于较长船的前体因而其兴波阻力系数也有所减小
船 舶 设 计 原 理(Ch10)
10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
(三)进流补偿导管的特性和应用 （1）与常规导管相比，进流补偿导管的尺寸小，安装方便。 （2）与各种桨前、桨后节能装置相比、进流补偿导管在静水中和在波浪冲击 下所承受的载荷小，并且与普通导管相比，它不受螺旋桨空泡剥蚀的影响。 （3）对于因螺旋桨的激振力引起强烈振动的船舶，加装进流补偿导管能使螺 旋桨进流均匀，减小振动，对限制燎旋桨直径的情况、其效果更加明显。 （4）加装进流补偿导管的费用小，并能获得一定的效益。 三、反应鳍 (一)反应鳍的节能原理 它是由若干片与水流成一定攻角的鳍叶组成，水流流过具有一定攻角的 鳍叶后被改变原来的流向，形成了一股和螺旋桨尾流方向相反的预旋水 流．起到了减小螺旋桨尾流旋转能量损失的作用，从而达到节能目的。 (二)反应鳍的设计方法 反应鳍的设计主要是确定各鳍叶的攻角，因为要使反应鳍产生一个与螺 旋桨尾流的旋转方向相反的预旋流，必须使鳍叶具有一定的攻角。 反应鳍的攻角可以利用斯托克斯定理通过简化理论进行计算。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
二、双尾和双尾鳍船型 对于螺旋桨负荷高的船舶都需采用双桨。但常规双 桨船的船身效率低、附体阻力也大。怎样克服常规双桨 船的这些缺点。是造船工作者的一项重大研究课题。 (一)船型特征 双尾型线是在肥体尾部形成两个尾体的型线，两个 螺旋桨的工作环境类似，针对螺旋桨的工作状态(如外旋、 内旋)，尾鳍的形状可作相应的变化，以充分提高推进效 率。 (二)节能机理
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
(二)节能机理 内河船因受航道水深的限制。其B／T较大而L／B较小，致使常规型 内河肥的阻力性能较差。同时，常规船型的来流主要绕船体两舷侧流动， 为侧流型。 平头纵流压浪首型线，可使阻力与消波性能获得显著改善：平坦的 船底横剖型线和平顺的纵剖线，使船的来流沿船底以纵流方式经较短路 径流向船后(即纵流型)，同时由于船底纵剖线与水线面成相当小的夹角 (d)、且船首又有一段压浪长(l)，从而制约了来流水面在船首附近的升高 并压迫水流向船底流动，起到压浪消波的作用。 涡尾，经大量船模试验与实船航行发现有下列五种作用： （1）形成假层，涡尾与中央隧道的纵流作用，能使船模自航试验在开Fr ＞0.20左右时就形成假尾，从而使船体阻力显著降低。 （2）消减尾浪，理论上和实际测试均说明，涡尾的兴波高度比常规船尾 有显著降低。 （3）提高推进效率，Q．P．C值主要依靠推力减额t的减小、伴流
10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
(三)最佳纵倾曲线绘制及应用 1．最佳纵倾曲线的绘制 (1)利用变吃水、变纵倾的阻力、自航试验结果，作为绘制 最佳纵倾曲线的依据； (2)节能技术在舶舶设计中的应用作变纵倾状态的稳性及强 度校核； (3)根据试验结果，对各种装载状态，从功率—纵倾变化曲 线中找到各种不同航速时的最 佳纵倾值，并绘出最佳纵 倾曲线； (4)根据最佳纵倾曲线提出合理的配载方案，并计算其节能 效果。 2．最佳纵倾曲线的应用
分数的提高和涡尾的反桨效率而获得提高。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
（4）回收螺旋桨尾流中的旋转能量 ，由于涡尾能诱导反 桨的预旋流，从而有可能将尾流变成向后喷射的直流， 减少螺旋桨尾流因旋转而带走的大量能量。 （5）消减振动，由于在涡槽尾处轴向与周向的伴流，大 体上都沿着以涡尾中心为圆心的圆周上均匀分布，而且， 桨轴中心线和涡尾的中心线重合．故螺旋桨各叶片上同 一半径处的叶原体旋转一周所遇到的水流基本上也是均 匀的，加上消耗在螺旋桨尾流中的功率大量减少，因此， 作用在船体上的机械振动将显著减小。
10—1 节能船型在船舶设计中的应用
平底线：PW船型水平船底和舭弧相切的切线。。 在平头涡尾船型上，螺旋桨的安装位置通常在L1.5站附近， 因为螺旋桨是靠螺旋面来工作的，只有使涡槽表面形成螺旋面才 能有效地抵消螺旋桨的周向诱导速度，因此、涡槽处约表面基本 上应该用螺旋面来构成。其与平底相接的部位用圆弧来过渡。 (四)实船应用 第一艘平头涡船实船于1979年在浙江下水，实船试航结果 表明，与常规船型相比、节能效果达15％一22％。 1981年，平头涡尾船型增加宽吃水比(B/T)且吸收了隧道船 型的优点．使船身效率由原先的1．1左右提高到1. 26以上，称第 二代平头涡尾船型。其实船代表是600客位客货船“丰都6号”。 1984年研究了用于内河推、拖船的平头涡尾新船型，它采 用了深隧道尾和盆式横剖面形状、径深比达到1.4。试验表明，船 模的似是推进系数在中、高速时，达到0.80左右。在拖航状态、 航速为(11—17)km／h时，似是推进系数可达0.55一0.75，称第 三代平头涡尾船型。
10—2 节能技术在舶舶设计中的应用
一、前置导管 (一)节能机理 前置导管能起到桨前导流作用，使桨的进流趋于均匀、稳定从而减小 阻力，提高推进效率。 前置导管在船尾流场中产生附加推力，这使螺旋桨的负荷相对减小， 也使推进效率提高。 前置导管使螺旋桨叶片空泡的面积减小20％一60％，因而可获得较 高的螺旋桨效率。 (二)前置导管要素的选择 1.导管的外形 前置导管的外形应设计成上部具有较宽弦长并向底部逐渐缩小的不ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 称形。这样，上部的水流在进入螺旋桨盘面处前先经过一段较长的导管 而被加速，下部的水流则加速较慢，因而在导管的出口处进入螺旋桨的 水流就较均匀了。 2．前置导管的长度 前置导管位于螺旋桨前方和船尾后方之间的有限空间内，其长度受到 一定的限制。